DE2532004A1

DE2532004A1 - CIRCUIT FOR SYNCHRONIZING THE VIBRATION OF A PULSED OSCILLATOR WITH A REFERENCE VIBRATION

Info

Publication number: DE2532004A1
Application number: DE19752532004
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Leypold; Peter Schucht
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1977-01-20
Also published as: NL7607855A; FR2318532B1; US4138679A; DE2532004B2; GB1560111A; IT1067487B; FR2318532A1; BE844240A

Description

Schaltung zur Synchronlsierurg der ?-"rvi\gur;^: Circuit for the Synchronlsierurg - "rvi \ ^gur;?:

fachung der· Quarz schwingung und ihre Verstärk.":· u.V -lie Sendeleistung ist insbesondere für Kleingeräte w. groß. Ein f reisctiwingender Oscillator o.a_r:-3gcir:_; C^v die S^: 'VLVl ei stung abgeben kann, ist, zwar sehr einfach aufgebaut» ;ber nicht genügend frociuuizko^start. Ist z.B wie hai Be'' 'ndärr ilaranlagen eine quarz stabile Schwingung der Sende.t --aquenz ηίτ; kleiner Leistung al- !nrpf arigsüberlagerer bere.i u-: "vorhanden, so besteht die Möglichkeit, r.it gering.jrn Aufwai· ■ den gepulste;^ Oszillator auf diese 3cb>lr.£run,j -r-i syn- ironisieren, wobei jedoch die Oszi ilatorfrequenz bereits bei::; Anschwingen des Oszillators gefangen werden muß.fold increase of · quartz vibration and its Enhancement ": · uV -lie transmission power is w especially for small Appliances A f reisctiwingender Oscillator oa _r: _-3gcir:;... C ^ v ^S: 'VlvL can give warranty located, is, Although it is very simply structured »; about not enough frociuuizko ^ start. Is, for example, like hai Be '' 'ndärr ilaranlagen a quartz stable oscillation of the transmission. exists, then there is the possibility of synchronizing the pulsed; ^ oscillator to this 3cb> lr. £ run, j -ri , with the oscillator frequency already at ::; Swinging of the oscillator must be caught.

Die frequenzstarre Synchronisation einer Oszüj :.torscrrwingung mit einer Vergleichsschwingung mittels eiiuiG Phasendiskrininators und .?■..: rer g?.^teuf;:~c~; T'-:\'-"ianz . .3, ^Tap"U!,i~ ~rit;:dloden , ist; beksjn-;. Hierbei tlrd _uedoch K; ' .st sch alt, .tagen erforderlich, welche die Oszillatorfrequenr -zum Fangen wobboln, wobei sie beim Überstreichen der Sollfrequenz festgehalten wird. Bas Wc L;.-el η dauert jedoch verhäl .lisKußij larri und ist bei;r: g?ru3steu Oscillator daher ur rauohbar»The frequency-locked synchronization of an oscillation with a comparison oscillation by means of a phase discriminator and.? ■ ..: rer g?. ^ Teuf; : ~ c ~; T '-: \' - "ianz. .3, ^T ap" U!, I ~ ~ rit;: dloden, is; beksjn- ;. Here tlrd _u edoch K; '.St sch old, .tagen required which wobboln the Oszillatorfrequenr -for catch, wherein it is held when sweeping over the target frequency. Bas Wc L; .- el η, however, lasts for a ratio of lisKussij larri and is at; r: g? Ru3steu Oscillator therefore very rough »

VP/i 75 E 6501
VL/KlbVP / i 75 E 6501
VL / Klb

6 C 9 8 6 3 / HV *6 C 9 8 6 3 / HV *

INSPECTEDINSPECTED

Sind beide Frequenzen sehr ähnlich, dann findet das Fangen von selbst statt. Dies kann jedoch nicht vorausgesetzt v/erden. If both frequencies are very similar, the catch will take place by itself. However, this cannot be assumed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen gepulsten Hochfrequenz-Oszillator, auch für extrem kurze Impulse (bis unter eine/isec), eine über die gesamte Länge der jeweiligen Impulse frequenzstarre Synchronisationsschaltung zu schaffen, wobei davon auszugehen ist, daß ausschließlich eine Referenzschwingung von nur kleiner Amplitude zum Mitziehen zur Verfügung steht. Bekanntlich kann nämlich ein Oszillator durch Einspeisen einer Schwingung der gewünschten Frequenz ohne weiteres mitgezogen v/erden, wenn nur die Amplitude dieser Mitziehschwingung im Verhältnis zur Amplitude der Oszillatorschwingung genügend groß ist. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Referenzschwingung in den Oszillator eingekoppelt wird, daß eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator vorgesehen ist, der die Phasenlage der beiden Schwingungen vergleicht und eine resultierende Regelspannung zur Steuerung einer einstellbaren Reaktanz für die Frequenzveränderung des gepulsten Oszillators schon während der Anstiegsflanke der Impulse abgibt, daß zwischen dem Oszillator und dem Phasendiskriminator ein bis zu 180 einstellbarer Phasenschieber eingeschaltet ist, und daß der hochohmig ausgelegte Ausgang des Phasendiskriminators über einen Impedanzwandler, z.B. einem Emitterfolger oder einen mehrstufigen Breitbandverstärker niederohmig an die einstellbare Reaktanz geschaltet ist. Bei der Erfindung wird somit die Tatsache ausgenützt, daß die Injektion einer Schwingung kleiner Amplitude in einen Oszillator diesen beim Auftasten mit dieser Frequenz anschwingen läßt. Die Dimensionierung der den Phasenschieber enthaltenden Regelschaltung wird so ausgelegt, daß die beim An- The invention is based on the object of creating a frequency-locked synchronization circuit for a pulsed high-frequency oscillator, even for extremely short pulses (up to less than one / isec), over the entire length of the respective pulses, it being assumed that only a reference oscillation of only small amplitude is available for dragging. It is known that an oscillator can easily be dragged along by feeding in an oscillation of the desired frequency if only the amplitude of this dragging oscillation is sufficiently large in relation to the amplitude of the oscillator oscillation. According to the invention, the object is achieved in that the reference oscillation is coupled into the oscillator, that a phase locked loop is provided with a phase discriminator which compares the phase position of the two oscillations and a resulting control voltage to control an adjustable reactance for the frequency change of the pulsed oscillator during the rising edge of the pulses emits that between the oscillator and the phase discriminator an adjustable phase shifter is switched on, and that the high-resistance output of the phase discriminator is connected to the adjustable reactance via an impedance converter, e.g. an emitter follower or a multi-stage broadband amplifier. The invention thus makes use of the fact that the injection of an oscillation of small amplitude into an oscillator causes the oscillator to start oscillating at this frequency when it is touched. The dimensioning of the control circuit containing the phase shifter is designed so that the

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schwingen entstehende Rege3.spannung schnell genug die Schwingung des ansteigenden Impulses weiterhin in Synchronismus hält.the resulting reg.voltage oscillate the oscillation quickly enough of the rising impulse continues to be in synchronism.

Unter gewissen Umständen kann auf einen als eigenes Bauelement ausgeführten Phasenschieber verzichtet werden, nämlich dann, wenn der Phasendiskriminator unsymmetrisch abgestimmt ist, d.h. wenn er mit der Oszillatorschwingung allein ohne Vergleichsschwingung bereits eine kleine Impuls-Gleichspannung abgibt.Under certain circumstances, a phase shifter designed as a separate component can be dispensed with, namely when the phase discriminator is tuned asymmetrically, i.e. when it is with the oscillator oscillation alone without Comparison oscillation already has a small DC pulse voltage gives away.

Weitere Einzelheiten der Erfindung v/erden im folgenden anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigenFurther details of the invention are explained in more detail below with reference to three figures. Show it

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer im Sender eines Sekundärradar-Kleinabfragegeräts verwendeten Oszillatorschaltung, deren Frequenz zu synchronisieren ist,Fig. 1 shows the basic circuit diagram of an in the transmitter of a secondary radar small interrogator used oscillator circuit, the frequency of which is to be synchronized,

Fig. 2 ein Beispiel für eine gesamte Synchronisierschaltung nach der Erfindung, und2 shows an example of an entire synchronization circuit according to the invention, and

Fig. 3 ein Schwingungsdiagramm des Anschwingvorgangs.3 shows an oscillation diagram of the oscillation process.

Die bei einem Sekundärradar-Kleinabfragegerät verwendete Schwingschaltung nach Fig. 1 weist einen Transistor 1 auf, an dessen Basis und Kollektor zwei Induktivitäten 2 und 3 angeschaltet sind, die im wesentlichen durch transistorinterne Verdrahtungsinduktivitäten dargestellt v/erden. Mit einem Kondensator 4 und der Induktivität 2 wird auf Resonanz bei der auszusendenden Oszillatorfrequenz abgestimmt. Dadurch wird der sehr niederohmige Eingang für die über einen Kondensator 5 eingekoppelte Rückkopplung hochonmiger. Mittels eines Kondensators 6 werden die Induktivität 3 und eine weitere Induktivität 7 ebenfalls auf die auszusendende Oszillatorfrequenz abgestimmt, während mit einem Kondensator -8 die Leistung an einen Verbraucher 9 angepaßt wird. Die rechteckförmigen Tastimpulse 10 werden sowohl dem Kollektor des Transistors 1 über eine Drossel 11 als auch dessen BasisThe oscillating circuit according to FIG. 1 used in a secondary radar interrogator has a transistor 1, at the base and collector of which two inductors 2 and 3 are connected, which are essentially through transistor-internal Wiring inductances shown v / ground. With a capacitor 4 and the inductance 2 it is at resonance matched at the oscillator frequency to be transmitted. This creates the very low-resistance input for the via a capacitor 5 coupled-in high-frequency feedback. By means of a capacitor 6, the inductance 3 and another Inductance 7 also to the oscillator frequency to be sent out matched, while the power is adapted to a consumer 9 with a capacitor -8. The rectangular Tactile pulses 10 are both the collector of the transistor 1 via a choke 11 and its base

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über eine Drossel 12 zugeführt, um ein steiles Anschwingen zu erzielen. Die optimale Basisspannung wird mit einem einstellbaren Widerstand 13 eingeregelt. Eine Diode 14 liegt bezüglich der Betriebsspannung der Basis-Emitterdiode des Transistors 1 parallel und bewirkt eine Temperaturstabilisierung des Arbeitspunktes des Oszillators.fed via a throttle 12 in order to achieve a steep oscillation. The optimal base voltage is adjustable with an Resistance 13 adjusted. A diode 14 is connected to the operating voltage of the base-emitter diode of the Transistor 1 in parallel and brings about a temperature stabilization of the operating point of the oscillator.

Die gesamte Frequenzregelschaltung zur Synchronisierung unter Verwendung von Streifenleitungen zeigt F¹Ig. 2. Hierin sind diejenigen Elemente, welche mit denjenigen der Schwingschaltung nach Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Frequenzregelschaltung besteht aus der Ankopplung zweier Kapazitätsdioden 15 und 16 an den Basisschwingkreis des Transistors 1 über ein transformierendes Leitungsstück 17 und einem Phasendiskriminator mit zwei Dioden 18 und 19, die mit einer an einem Eingang 20 zugeführten Vergleichsschwingung im Gleichtakt und der Oszillatorschwingung über ein 2 χ £ -Leitungsstück 21 im Gegentakt angesteuert werden. In der Regelschleife ist ein Tiefpaß vorgesehen, welcher aus dem Innenwiderstand eines Verstärkertransistors 22 und einer Kapazität 23 besteht. Der Impedanzwandler-Transistor 22 wird verwendet, um die hochohmige Regelspannung genügend niederohmig den beiden Varaktordioden und 16 sowie dem Kondensator 23 einzuprägen. Der Phasendiskriminator ist einerseits an die vom Eingang 20 kommende Referenzschwingung und andererseits über einen einstellbaren Phasenschieber 29 sowie einen Kondensator 24 an einen kleinen Teil der Ausgangsleistung des Oszillators angeschlossen, welche am Anschluß 25 vorliegt. Um den Oszillator sauber mit den Rechteckimpulsen 10 tasten zu können, sind noch zwei Transistoren 26 und 27 vorgesehen, welche den Taststrom liefern. Der Phasenschieber 29 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer mit einem Widerstand überbrückten Längsinduktivität mit einem Mittelabgriff, von dem aus ein Trimmerkondensator an Masse geschaltet ist.The entire frequency control circuit for synchronization using strip lines is shown in F ¹ Ig. 2. Herein those elements which correspond to those of the oscillating circuit according to FIG. 1 are provided with the same reference numerals. The frequency control circuit consists of the coupling of two capacitance diodes 15 and 16 to the base resonant circuit of the transistor 1 via a transforming line piece 17 and a phase discriminator with two diodes 18 and 19, which are synchronized with a comparison oscillation fed to an input 20 and the oscillator oscillation via a 2 χ £ line section 21 are driven in push-pull. A low-pass filter, which consists of the internal resistance of an amplifier transistor 22 and a capacitance 23, is provided in the control loop. The impedance converter transistor 22 is used in order to impress the high-resistance control voltage in the two varactor diodes 16 and 16 and the capacitor 23 with a sufficiently low resistance. The phase discriminator is connected on the one hand to the reference oscillation coming from input 20 and on the other hand via an adjustable phase shifter 29 and a capacitor 24 to a small part of the output power of the oscillator which is present at connection 25. In order to be able to properly key the oscillator with the square-wave pulses 10, two transistors 26 and 27 are provided, which supply the key current. In the exemplary embodiment, the phase shifter 29 consists of a series inductance bridged with a resistor and having a center tap from which a trimmer capacitor is connected to ground.

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Fig. 3 zeigt in einem Schwingungsdiagramm in Abhängigkeit von der Zeit t, wie durch Einkopplung der am Eingang 20 der Schaltung nach Fig. 2 zugeführten Referenzschwingung U in den getasteten Oszillator zumindest beira Anschwingen des Oszillators diese Mitziehschwingung groß genug ist, se daß der Oszillator mit der richtigen Frequenz anschwingt. Dieser Hitziehbereich ist mit IL und die Oszillatorschwingung mit Uq bezeichnet. Beim Anschwingvorgang entsteht sogleich eine kleine Regelspannung, die mit steigender Impulsflanke 23 größer wird und die ständig die Synchronität erhält, so aaß über den gesaraten Impuls die Oszillatorschwingung U_n der Referenz schwingung U frequenzmäßig exakt folgt.Fig. 3 shows in an oscillation diagram as a function of time t, as by coupling the reference oscillation U supplied at the input 20 of the circuit of FIG oscillates at the correct frequency. This heat drawing area is designated with IL and the oscillator oscillation with Uq. During the initial oscillation process, a small control voltage is created which increases with the rising pulse edge 23 and which constantly maintains synchronicity so that the oscillator oscillation U _n follows the reference oscillation U precisely in terms of frequency over the entire pulse.

Ein weiterer Anwendungsfall für die erfindungsgamäße Synchroni si er schaltung ist der, sie als aktives Element für phasengesteuerte Antennen zu benutzen. Jeder Strahler wird dabei durch seinen eigenen Oszillator gespeist. Den : --zill^toren kann nun - wie bisher - die in der Phase eingestellte Vergleichsschwingung zugeführt werden. Hier ist es von Nutzen, daß nur eine kleine Leistung in der Phase verschoben v/erden muß und die Dämpfung dabei nicht von Nachteil ist. Eine zweite Methode besteht darin, daß der "Arbeitspunkt¹¹ jedes Oszillators individuell über eine Videoleitung verändert wird. Zwar ist damit nur eine Phasendrehung gegenüber der Vergleichsschwingung von weniger als ^90° möglich, andererseits ist diese Phasenverschiebung direkt aus dem Rechner heraus möglich und somit besonders einfach. In der Praxis dürfte eine Kombination beider Möglichkeiten optimal sein. Der Nachteil der Oszillatormethode besteht darin, daß durch die unvermeidliche Verstimmung der Eigenfrequenz der Oszillatoren ein Phasenfehler proportional der Verstimmung und umgekehrt proportional zum Fangbereich entsteht. Man .nuß also die Frequenzkonstanz möglichst hoch und den Fangbereich möglichst groß machen. Letzteres ist in weiten Grenzen durch den Videoverstärker im Regelweg möglich. Der Vorteil dieserAnother application for the synchronizer circuit according to the invention is to use it as an active element for phase-controlled antennas. Each radiator is fed by its own oscillator. As before, the comparison oscillation set in the phase can now be fed to the oscillators. Here it is useful, that only a small performance v shifted in phase / earth must and attenuation not a disadvantage. A second method is that the "working point ^{11 of} each oscillator is changed individually via a video line. Although this only allows a phase shift of less than ^ 90 ° compared to the comparison oscillation, on the other hand, this phase shift is possible directly from the computer and is therefore special." simple. In practice a combination of both possibilities should be optimal. The disadvantage of the oscillator method is that the inevitable detuning of the natural frequency of the oscillators results in a phase error proportional to the detuning and inversely proportional to the capture range Make the capture range as large as possible. The latter is possible within wide limits thanks to the video amplifier in the control path. The advantage of this

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oszillatorgespeisten Antennen ist der, daß mit vielen kleinen und billigen Einzelsendern eine hohe abgestrahlte Leistung möglich ist - im Gegensatz zur üblichen Technik, bei der die Sendeleistung in einem Verstärker erzeugt und dann auf die Einzelantennen über Verteiler und Phasenschieber mit unvermeidlichen Verlusten aufgeteilt wird.Oscillator-fed antennas are such that with many small and cheap individual transmitters a high radiated power is possible - in contrast to the usual technology, in which the transmission power is generated in an amplifier and then on the Separate antennas via splitters and phase shifter with inevitable losses.

7 Patentansprüche
3 Figuren7 claims
3 figures

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Claims

f1, circuit for synchronizing the oscillation U of a pulsed Oscillator with a reference oscillation U of relatively small amplitude, characterized in that the reference oscillation (U) in the oscillator is coupled in that a phase locked loop is provided with a phase discrirainator that the Phase positions of the two oscillations (U, U) compares and a resulting R.e gel voltage to control an adjustable Reactance for the change in frequency of the pulsed Oscillator already during the rising edge of the Impulse. 5 emits that between the oscillator and the phase discriminator a phase shifter that can be set up to 180 is switched on and that the high-level output of the phase discriminator via an impedance converter, e.g. an emitter follower or a multi-stage broadband amplifier, low-channel connected to the adjustable reactance.

2. A circuit according to claim 1, d a d u r c h characterized in that the phase shift is caused is that the phase discriminator (18, 19 »21) is balanced asymmetrically.

Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that
is quartz stabilized.

indicates that the reference oscillation (U)

4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that as adjustable Reactance for changing the frequency of the pulsed oscillator one or more varactor diodes (I5j 16) are provided are.

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5. Circuit according to one of the preceding claims, g e indicates through use in secondary radar interrogation and response devices.

6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit used as a driver of a downstream power stage will.

7. Circuit according to one of claims 1 to 5> characterized by using it as an active element in phased antennas.

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•ι.• ι.

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